(57)【要約】【課題】雑音指数と励起効率の劣化が少なく、必要な利得と短波波長側への帯域拡大が可能な光増幅器を提供する。【解決手段】本発明は、波長多重された信号光を波長に応じて分波する、３ポートを有する分波器と、長波長帯のEDFAとして拡張Ｌ帯EDFAと、９８０nm帯励起光源を有し、７１〜７５％の上位準位比率で動作し、利得帯域の短波長側が１５３０nm以下まで延びている拡張Ｃ帯ＥＤＦＡと、拡張Ｌ帯ＥＤＦＡの出力信号光を波長に応じて合波する、３ポートを有する合波器と、拡張Ｃ帯ＥＤＦＡの合波器の間に、Ｌ帯信号光残留成分の除去フィルタを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重された光信号を増幅する光増幅器であって、
９８０nm帯励起光源を有し、
７１〜７５％の上位準位比率で動作し、
利得帯域の短波長側が１５３０nm以下まで延びている拡張Ｃ帯のエルビウム添加増幅器（ＥＤＦＡ）であることを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
波長多重された信号光を波長に応じて分波する、３ポートを有する分波器と、
前記分波器の短波長側の出力ポートに接続した、短波長域に利得を有する前記拡張Ｃ帯ＥＤＦＡ及び、拡張Ｌ帯ＥＤＦＡの出力信号光を波長に応じて合波する、３ポートを有する合波器と、
を有する請求項１記載の光増幅器。
【請求項３】
前記分波器と前記合波器の波長分離特性で決まるデッドバンドについて、
短波長端が１５５９nm以上、長波長端が１５６６nm以下となる
請求項２記載の光増幅器。
【請求項４】
前記分波器と前記合波器が誘電体多層膜フィルタであり、
前記合波器と前記拡張Ｃ帯ＥＤＦＡの間に、Ｌ帯信号光残留成分の除去フィルタを有する
請求項３記載の光増幅器。
【請求項５】
前記分波器と前記合波器が誘電体多層膜フィルタであり、
前記合波器と前記拡張Ｌ帯ＥＤＦＡの間に、Ｃ帯信号残留成分の除去フィルタを有する
請求項３記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅器に係り、特に、光ファイバ通信システムにおいて、波長多重された光信号を、線形中継器やノードにおいて増幅する光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバによる光信号伝送においては、波長多重された光信号が線形中継やノードにおいて光増幅器により一括増幅が行われる。伝送路の特性に応じてＣ帯やＬ帯の光信号が伝送され、光増幅器は光信号の帯域をカバーするものが必要である。
【０００３】
図１３は、従来の線形中継器またはノード内に設置した光増幅器の構成を示す。
【０００４】
同図において、入力信号光は、波長多重されたＣ帯からＬ帯に渡る信号光（Ｃ＋Ｌ帯ＷＤＭ（Wave Division Multiplex）信号光）である。
【０００５】
光増幅器に入力したＣ＋Ｌ帯信号光は初段に設置した分波器１０で、波長に応じてＣ帯及びＬ帯の信号光に分波される。それらＣ帯及びＬ帯の信号光は、それぞれＣ帯及びＬ帯のエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）１２，１３に導かれる。それぞれのＥＤＦＡ１２，１３で増幅されたＣ帯（１．５５ミクロン）及びＬ帯（１．５９ミクロン）の信号光は、それらＥＤＦＡ１２，１３の後段に設置した合波器１１で波長に応じて合波される（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】M. Yamada etl al., Electron. Lett., Vol. 33, no.8, pp.710-711, 1997
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、光増幅器の帯域、すなわち、総合帯域は、Ｃ帯のＥＤＦＡの帯域とＬ帯ＥＤＦＡの帯域の和となり、６０〜７０nm程度に限定されるという欠点がある。従来技術における光増幅器の帯域の例（I.P. Byreil et al., Proc. ECOC, Tu. L. 3.5, pp.232-233, 2001）を図１２のａに示す。図１３における、Ｃ帯ＥＤＦＡ１２の帯域は、１５３０〜１５６１nmの３１nm、Ｌ帯ＥＤＦＡ１３の帯域は、１５７１〜１６０４nmの３３nmである。従って、光増幅器の総合帯域は６４nmであった。
【０００７】
但し、L帯については１５６４nm〜１６２０nmまで帯域拡大した拡張Ｌ帯が報告されている。また、分合波器を用いた、Ｃ帯＋Ｌ帯の光増幅についても報告がなされている。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、雑音指数と励起効率の劣化が少なく、必要な利得と短波波長側への帯域拡大が可能な光増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明（請求項１）は、波長多重された光信号を増幅する光増幅器であって、
９８０nm帯励起光源を有し、
７１〜７５％の上位準位比率で動作し、
利得帯域の短波長側が１５３０nm以下まで延びている拡張Ｃ帯のエルビウム添加増幅器（ＥＤＦＡ）である。
【００１０】
また、本発明（請求項２）の光増幅器は、波長多重された信号光を波長に応じて分波する、３ポートを有する分波器と、
分波器の短波長側の出力ポートに接続した、短波長域に利得を有する拡張Ｃ帯ＥＤＦＡ及び、拡張Ｌ帯ＥＤＦＡの出力信号光を波長に応じて合波する、３ポートを有する合波器と、を有する。
【００１１】
また、本発明（請求項３）の光増幅器は、分波器と合波器の波長分離特性で決まるデッドバンドについて、短波長端が１５５９nm以上、長波長端が１５６６nm以下となる。
【００１２】
また、本発明（請求項４）の光増幅器は、分波器と合波器が誘電体多層膜フィルタであり、合波器と拡張Ｃ帯ＥＤＦＡの間に、Ｌ帯信号光残留成分の除去フィルタを有する。
【００１３】
また、本発明（請求項５）の光増幅器は、分波器と合波器が誘電体多層膜フィルタであり、合波器と拡張Ｌ帯ＥＤＦＡの間に、ｃ帯信号残留成分の除去フィルタを有する。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように本発明によれば、雑音指数と励起光率の劣化が少なくなるように、上位順位比率（７１〜７５％）を最適化することで、必要な利得（＝２０dB）と短波長側への帯域拡大（１５２５〜１５６２nm）が可能となる。
【００１５】
また、拡張Ｃ帯と拡張Ｌ帯を誘電体多層膜フィルタの合分波器で合波・分波し、Ｃ（／L）帯アンプの後段にＬ（／Ｃ）帯信号除去フィルタを具備する構成により、コヒーレントクロストークを４０dB以下に抑えて、Ｃ帯とＬ帯の間の増幅不可帯域であるデッドバンドを１５５９nm〜１５６６nmの７nmに抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態におけるＥＤＦＡ（エルビウム添加ファイバ増幅器）の構成を示す。
【００１８】
同図に示すＥＤＦＡは、２つのゲインブロック１０１，１０３、それらの間に設置した利得等化器１０２を有する。但し、各ゲインブロック１０１，１０３は、エルビウム添加ファイバを有し、また、利得等化器１０２は、光フィルタとして、信号光にその波長に応じた損失を与える。
【００１９】
図２は、従来技術におけるＥＤＦＡの利得スペクトルを示す。同図では、Ｃ帯で動作するＥＤＦＡの利得スペクトルについて、上位準位比率依存性を示している。一般に、上位準位比率は励起光パワーが高いほど、また、信号光パワーが低いほど高くなる。ここで用いたエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）の１．５３μｍ帯におけるピーク損失は５dB／ｍ、ＥＤＦ長は２０ｍであった。
【００２０】
一般に、ＥＤＦＡの利得スペクトル形状は、上位準位比率により決まる。また、dB単位の利得の大きさ（Ｇ）は、エルビウム添加濃度（Ａ）、波長依存の物性パラメータ（Ｂ），ＥＤＦ長（Ｌ）、及びファイバ構造パラメータに依存する重なり因子（Ｃ）に比例する。すなわち、Ｇ＝Ｃ＊Ａ＊Ｂ＊Ｌの関係がある。以下に示すように、本実施の形態では、上位準位比率が重要なパラメータである。また、利得の大きさＧは、Ａ，Ｌ，Ｃを用いて適宜決定される。また、前述の１．５３μｍ帯におけるピーク損失は、Ａ，Ｌ，Ｃに比例する（例えば、Masuda et al., IEEE JLT, vol. 10. no.12, pp.1789-1779, 1992参照）。
【００２１】
図３は、従来技術におけるＥＤＦＡ利得スペクトルを示している。同図における点線ａは、通常の場合を示しており、利得等化器で平坦化後の利得が２０dBの場合である。但し、簡単のため、利得等化器の挿入損失をゼロとした。２０dBの利得が１５２８〜１５６５nmの波長域で得られており、帯域幅は３７nmである。また、利得等化器のピークの損失は３dBである。この場合、ＥＤＦ長は１５．８ｍであった。
【００２２】
一方、図３の実線ｂは、従来技術の手法で、帯域拡大を行う場合の利得スペクトルである。この場合、ＥＤＦ長は２２．４ｍであった。２０dB以上の利得を利得等化器を用いて平坦化することにより、２０dBの利得が１５２５〜１５７２nmの波長域で得られており、帯域幅は４７nmである。また、利得等化器のピーク損失は、８．５dBである。このように、ピーク損失の大きな利得等化器を用いることにより、帯域拡大が可能である。ところが、図１のＥＤＦＡの構成から、ピーク損失が小さい方が、ＥＤＦＡの雑音指数（ＮＦ）と励起光率の劣化が少ないという特徴がある。
【００２３】
図４は、本発明の一実施の形態におけるＣ帯動作のＥＤＦＡスペクトルの上位準位比率依存性を示している。上位準位比率に応じてＥＤＦ長を変え、１５６２nmにおける利得が２０dBになるようにしている。利得が２０dB以上の帯域としては、上位準位比率増加に応じて１５２５nm近傍の短波長域が広がっていることがわかる。以下、本実施の形態における帯域ＥＤＦＡを拡張Ｃ帯ＥＤＦＡと呼ぶ。但し、上位準位比率増加に応じて、平坦利得２０dBからの利得偏差も大きくなっており、必要な利得等化器のピーク損失も大きくなる。
【００２４】
図５は、本発明と従来技術のＥＤＦＡの利得スペクトルの比較を示している。利得等化器による平坦化後の利得は２０dBである。本実施の形態における上位準位比率は７３％であり、ＥＤＦ長は１２．９ｍであった。この上位準位比率の値は、９８０nm帯励起光源を用いた強励起により実現できる。前述の上位準位比率の望ましい値は、７３％前後の値であり、上記例に有効性が保たれる２％の幅を加えて７１〜７５％である。
【００２５】
図６は、図４に関する、帯域の上位準位比率依存性を示している。前述の帯域は、利得が２０dB以上となる帯域である。また、図３より通常の従来技術における帯域に関し、利得が２０dB以上かつ、拡張Ｌ帯ＥＤＦＡとの帯域合成を考慮して、長波長側の波長端を１５６２nmとしたときの帯域は１５２７．９〜１５６２nmの３４．１nmである。従って、この従来技術の帯域３４．１nmに比べ明らかに拡大した帯域を２nmアップの３６．１nmとすると、上位準位比率が７１％以上で、この３６．１nm以上の帯域が得られる。
【００２６】
図７は、図４に関する、利得偏差の上位準位比率依存性を示している。前述の利得偏差は、最大利得から２０dBを引いたものである。この利得偏差が７dBを超えると、利得等化量が大きいため、利得等化器が高額になる。ＥＤＦＡの励起光率や雑音指数が劣化するといった欠点が顕著になる。従って、この利得偏差は７dB以下であることが望ましい。図７より、上位準位比率を７５％以下とすることで、７dB以下の利得偏差が得られる。
【００２７】
以上述べたように、上位準位比率を７１〜７５%とすることが望ましい。
【００２８】
図８は、本発明の図４に関する、１５３０nmでの利得の上位準位比率依存性を示している。前述の上位準位比率範囲を７１〜７５％における１５３０nmでの利得は２４．５dB〜２６．６dBである。これは、基準となる利得を２０dBとしたときの値である。この基準となる利得は、ＥＤＦＡの適用形態により異なり、２０dB以外に、１０dB、３０ｄＢなどの範囲の値をとる。従って、１５３０nmでの利得（ｄＢ単位）で規格化した値（利得比率と呼ぶ）を考慮することが望ましい。図９は、図８に対する利得比率を示している。上位準位比率７１〜７５％に対する利得比率は、１．２２５〜１．３３である。
【００２９】
図５より、従来技術では、１５２５〜１５７２nmの帯域が得られており、利得等化器のピーク損失は、８．５dBである。一方、本実施の形態では、１５２５〜１５６２nmの帯域が得られており、利得等化器のピーク損失は６dBである。
【００３０】
上記のように、同じ帯域（１５２５〜１５６２nm）及び平坦化後利得（２０dB）を得る場合、他のファイバパラメタが同じ場合、従来技術におけるEDF長は２２．４ｍであり、本実施の形態におけるEDF長は１２．９ｍであった。すなわち、前述の１．５３μｍ帯におけるピーク損失が同じであれば、本実施の形態におけるEDF長は、従来技術のEDF長より短くてよいという利点がある。
【００３１】
図１０は、本発明の一実施の形態における光増幅器の構成図である。
【００３２】
同図に示す光増幅器は、分波器１００、拡張Ｃ帯ＥＤＦＡ１２０、拡張Ｌ帯ＥＤＦＡ１３０、Ｌ帯除去フィルタ１４０、合波器１１０から構成される。
【００３３】
図１３の従来技術の差異としては、本実施の形態では、長波長帯のEDFAとして拡張Ｌ帯EDFA１３０（例えば、I.P. Byreil et al., Proc. ECOC Tu. L.3.5, pp.232-233, 2001参照）を用いている。また、短波長帯のEDFAとして拡張Ｃ帯ＥＤＦＡ１２０と合波器１１０の間に、Ｌ帯信号光残留成分の除去フィルタ１４０（略してＬ帯除去フィルタ）を用いている。但し、このとき分波器１００、合波器１１０は、誘電体多層膜フィルタを用いている。Ｌ帯除去フィルタ１４０に替えて、または、加えて、合波器１１０と拡張Ｌ帯ＥＤＦＡ１３０の間に、Ｃ帯信号光残留成分の除去フィルタ（略してＣ帯除去フィルタ）を用いても良い。このように誘電体多層膜フィルタを多段に用いることにより、デッドバンドの狭窄化も達成できる。
【００３４】
図１１は、本発明の一実施の形態における拡張Ｃ帯ＥＤＦＡ及び拡張Ｌ帯ＥＤＦＡの利得スペクトルを示している。但し、拡張Ｃ帯ＥＤＦＡの利得スペクトルは、図５と同じである。一方、拡張Ｌ帯ＥＤＦＡの利得２０dB以上の帯域は、１５６２〜１６２０nmである。
【００３５】
本実施の形態における分波器１００、合波器１１０、及び、Ｌ帯除去フィルタ１４０を用いると、拡張Ｃ帯ＥＤＦＡ１２０及び拡張Ｌ帯ＥＤＦＡ１３０の帯域の間の境界波長域、すなわち、デッドバンドの幅を約３nmとすることができる。分波器１００では、反射ポートである短波長域に残留反射が生じ、そのレベルの典型値は１５〜２０dBである。従って、境界波長域で拡張Ｃ帯ＥＤＦＡを通過した信号光を、Ｌ帯除去フィルタで除去している。Ｌ帯除去フィルタの例は、長波長域透過型の誘電体多層膜フィルタである。
【００３６】
上記の構成により、境界波長域の外側でのコヒーレントクロストークレベルを十分低い値にすることが可能である。例えば、コヒーレントクロストーク抑圧比は４０dBである。
【００３７】
上記デッドバンドは、１５６１〜１５６４nmとすることができる。図１２は、本発明及び従来技術の光増幅器帯域を示している。本実施の形態では、同図ｂに示すように、拡張Ｃ帯EDFAの１５２５〜１５６１nm（波長幅３６nm）、及び、拡張Ｌ帯ＥＤＦＡの１５６４〜１６２０（波長幅５６nm）が達成され、総合帯域は９２nmとなっている。これは、図１２に示した従来技術の帯域例約５４nmより十分大きい。望ましいデッドバンドの範囲は、上記の例に本発明の有効性が保たれる２nmの波長幅を、短波長側及び長波長側にそれぞれ加えて、短波長端が１５５９nm（１５６１−２=１５５９）以上、長波長端が１５６６nm（１５６４＋２＝１５６６）以下である。すなわち、デッドバンドの波長域を、１５５９〜１５６６nmの範囲に任意に設定することにより、本発明の効果が得られる。
【００３８】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、光ファイバによって伝送される信号光を増幅させる光増幅器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態におけるＥＤＦＡの構成図である。
【図２】従来技術におけるＥＤＦＡの利得スペクトルである。
【図３】従来技術のＥＤＦＡ利得スペクトルである。
【図４】本発明の一実施の形態におけるＥＤＦＡ利得スペクトルである。
【図５】本発明と従来技術のＥＤＦＡの利得スペクトルの比較を示す図である。
【図６】帯域の上位準位比率依存性を示す図（その１）である。
【図７】帯域の上位準位比率依存性を示す図（その２）である。
【図８】１５３０nmでの利得の上位準位比率依存性を示す図である。
【図９】利得比率の上位準位比率依存性を示す図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における光増幅器の構成図である。
【図１１】本発明の一実施の形態における拡張Ｃ帯ＥＤＦＡ及び拡張Ｌ帯ＥＤＦＡの利得スペクトルである。
【図１２】本発明と従来技術における光増幅器帯域を示す図である。
【図１３】従来技術の光増幅器構成である。
【符号の説明】
【００４１】
１００  分波器
１０１  ゲインブロック
１０２  利得等化器
１０３  ゲインブロック
１１０  合波器
１２０  拡張Ｃ帯ＥＤＦＡ
１３０  拡張Ｌ帯ＥＤＦＡ
１４０  Ｌ帯除去フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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